Tectónica de inversión en la Playa de Sopelana (Arco Vasco

GEOGACETA, 45, 2008
Tectónica de inversión en la Playa de Sopelana (Arco Vasco,
Pirineos occidentales)
Inversion tectonics in the Sopelana Beach (Basque Arc, Western Pyrenees)
Lidia Rodríguez, José Julián Esteban, Néstor Vegas y Julia Cuevas
Departamento de Geodinámica, Facultad de Ciencia y Tecnología, Universidad del País Vasco, apartado 644, Bilbao 48080.
ABSTRACT
This work analyzes the structural features of the Sopelana Fault, developed in extensional conditions
during Cretaceous and Tertiary times, and inverted during the Alpine orogeny. The study area is located on
the NE limb of the Biscay Synclinorium, a major structure in the Basque Arc. The Sopelana Fault bounds
the northern outcrops of the Cenozoic materials in the Biscay Synclinorium. The structural analysis indicates
that the inversion process related to the Alpine shortening generates folds verging towards the North and
reverse faults, sometimes with a minor strike-slip component of movement. Kinematic criteria along the
Sopelana Fault indicate a top to the NE shear sense, consistent with the regional compression direction,
approximately NE-SW in the western area of the Basque Arc. The normal component of the Sopelana Fault
was not fully recovered after the tectonic inversion that preserves younger materials of Upper Cretaceous
and Tertiary times in the hanging-wall block, marked by evaporitic rocks.
Key words: Inversion tectonics, Sopelana Fault, Basque-Cantabrian Basin, Western Pyrenees
Geogaceta, 45 (2008), 23-26
ISSN: 0213683X
Introducción y encuadre geológico
El estudio se ha desarrollado en la
playa de Sopelana, situada 14 km al norte
de Bilbao (Fig. 1A) y recoge la estructura
descrita frecuentemente como “diapiro
de Sopelana”. La zona se encuadra en la
Cuenca Vasco-Cantábrica, que se extiende unos 200 km en la terminación occidental de los Pirineos y que constituye el
borde oriental del margen Norte de Iberia
en el Golfo de Vizcaya. La formación de
la Cuenca Vasco-Cantábrica ha estado ligada al proceso de generación de cuencas
pull-apart, relacionadas con la apertura
del Golfo de Vizcaya durante el
Cretácico; en dicho proceso se ha producido, en primer lugar, la acumulación de
los materiales sedimentarios que han sido
deformados, posteriormente, durante la
Orogenia Pirenaica (Rat, 1988).
El Arco Vasco (Feuillée y Rat, 1971),
que se extiende entre la ría de Bilbao al
oeste y los Macizos Paleozoicos Vascos
en el sector oriental, es la zona con mayor complejidad estructural de la Cuenca Vasco-Cantábrica. Sus características
geológicas y estructurales le hacen equivalente a la Zona Norpirenaica
(Choukroune, 1976; Cuevas y Tubía,
1999). El Arco Vasco se caracteriza por
el arqueamiento, con concavidad hacia
el Mar Cantábrico, de las directrices de
las grandes estructuras cartográficas: el
Anticlinorio de Bilbao, el Sinclinorio de
Vizcaya, el Anticlinal del Norte de Vizcaya y el Monoclinal de Guipúzcoa (Fig.
1A); estas estructuras varían la orientación desde N120 ºE en el sector occidental hasta N60 ºE en el sector oriental.
Como se observa a partir del esquema de
la figura 1A, en el Arco Vasco predominan los materiales de edad Mesozoica,
quedando los de edad Terciaria restringidos al núcleo del Sinclinorio de Vizcaya y al Monoclinal de Guipúzcoa. Estudios previos (Cuevas et al., 1998 y 1999)
avalan que el Arco Vasco es un ejemplo
de tectónica de inversión positiva con
una notable complejidad geométrica,
que se ha atribuido, en primer lugar, a la
formación de cuencas pull-apart de dimensiones reducidas y aisladas unas de
otras, que han acomodado el desplazamiento sinistro de la Placa Ibérica con
respecto a la Europea, durante el
Cretácico inferior (Olivet, 1996); después, al desencadenamiento de una
tectónica de inversión local asociada a
procesos de diapirismo, que se inició
durante el Cretácico inferior (Ríos,
1948; Brinkmann y Lögters, 1968; Campos, 1976), y por último, al efecto producido por la tectónica regional.
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Los estudios paleomagnéticos recientes llevados a cabo en el Arco Vasco (Calvo et al., 2007) confirman que no es una
estructura con un origen primario, sino
que se ha originado por un proceso de rotación alrededor de ejes verticales (horaria en el sector occidental y antihoraria en
el oriental) como resultado de un acortamiento diferencial durante la compresión
post-Luteciense.
Desde el punto de vista estructural, la
playa de Sopelana se encuentra localizada
en el flanco norte del Sinclinorio de Vizcaya (Fig. 1A). El Sinclinorio de Vizcaya,
cuyo trazado cartográfico se sigue ininterrumpidamente durante más de 90 km desde la costa cantábrica hacia el SE, es una
estructura asimétrica, vergente hacia el
norte, con el flanco meridional cercano a
la vertical y el flanco septentrional con
buzamientos medios del orden de 50º. El
Sinclinorio de Vizcaya repliega a su vez a
pliegues y cabalgamientos que también
tienen vergencia hacia el Norte (Cuevas et
al., 1982), y desarrolla una pizarrosidad en
los niveles más incompetentes, con una
orientación paralela al plano axial.
El estudio que hemos realizado está
dirigido a determinar la naturaleza estructural y las características cinemáticas del
contacto entre las evaporitas triásicas y
las calizas, margas y margocalizas, de
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L. Rodríguez et al.
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Fig. 1.- A) Localización de la playa de Sopelana en el Arco Vasco. Se han numerado de SO a NE las trazas axiales del Anticlinorio de Bilbao (1),
Sinclinorio de Vizcaya (2), Anticlinorio del N de Vizcaya (3) y Monoclinal de Guipúzcoa (4). B) Corte simplificado que ilustra las estructuras
desarrolladas en el proceso de inversión tectónica descrito en el texto.
Fig. 1.- A) Location of the Sopelana beach in the Basque Arc. The axial surfaces of the Bilbao Anticlinorium (1), Biscay Synclinorium (2), N-Biscay
Anticlinorium (3) and Guipuzcoa Monocline (4) have been numbered from the SW to the NE. B) Simplified cross-section showing the structures
developed during the tectonic inversion process described in the text.
edad Mesozoica y que incluyen también
Terciario en el bloque de techo.
Estructuralmente se engloba en un contexto de tectónica de inversión positiva,
reconocido por primera vez en el Arco
Vasco en los trabajos de Cuevas et al.
(1998, 1999) y confirmado por estudios
posteriores (Gómez et al., 2002; Quintana et al., 2006; Ábalos et al., 2008), en el
que muchos de los cabalgamientos
reaprovechan e invierten fallas normales
sinsedimentarias. En la playa de
Sopelana, al SO del corte estudiado, se
encuentra conservado un buen registro
del límite Cretácico/Terciario, en el que
también se han estudiado las características paleomagnéticas (Mary et al., 1991;
Moreau et al., 1994).
Características estructurales
A partir del análisis estructural detallado, la zona de cizalla localizada en el
contacto entre las evaporitas y las calizas, margas y margocalizas de la playa
de Sopelana se asocia a un anticlinal,
vergente al NE (Cuevas et al., 1982 y
corte de la Fig. 1) y se ha desarrollado
principalmente a lo largo del flanco nor-
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mal. Se ha reconstruido el corte de detalle en las proximidades de la zona de cizalla, que se reconoce en el campo por el
contraste de color entre las arcillas con
niveles de color rojo, negro y verde, con
yeso blanco y enclaves de ofitas, de edad
Triásica, y las margas y margocalizas
grises (localmente rosas) del Cretácico
superior. Hacia el SO, afloran calizas
grises con tonos amarillentos en las superficies de alteración, que alternan con
margas grises, de edad Eoceno inferior
(Elorza et al., 1984). Estos materiales
forman el núcleo de un sinclinal
vergente al NE (Fig. 1B).
Las evaporitas hacia el NE contactan
con margas y margocalizas grises en posición invertida, datadas como
Maastrichtiense inferior (Elorza et al.,
1984) y que a su vez pertenecen al flanco de un sinclinal también vergente al
NE. Cabe destacar que las evaporitas
juegan un papel primordial en una
tectónica de cabalgamientos (Heard y
Rubey, 1966; Laubscher, 1975;
Malavieille y Ritz, 1989; Warren, 1999),
y que en el Arco Vasco se encuentran
frecuentemente jalonando las zonas de
movimiento.
Se ha efectuado un estudio sistemático de la orientación de las fracturas principales que afectan a las margocalizas y
calizas, con un total de 75 medidas. Se
observa una distribución en dos poblaciones principales, una casi subparalela
a la estratificación con orientaciones
medias N105 ºE y 48º de buzamiento
hacia el sur y una segunda, que corta a la
anterior, orientada N75 ºE, con un buzamiento medio de 20º hacia el SE y que
está asociada a una fracturación
penetrativa en los niveles incompetentes, sobre todo en los 70 metros más cercanos al borde SO de la zona de cizalla.
Muchas fracturas están colmatadas por
calcita, con diversas etapas de crecimiento y relleno sucesivo y muestran
superficies con estrías. Las estrías se
concentran alrededor de la orientación
20º/220 en ambas familias de fracturas,
prácticamente sin dispersión sobre los
planos de poco buzamiento y con una
variación importante en las de mayor
buzamiento. Aunque algunos planos
muestran rejuegos con otras orientaciones, frecuentemente se desarrolla una dirección predominante de las estrías sobre cada plano de fractura.
Geología Estructural / Tectónica
Tectónica de inversión en la Playa de Sopelana
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Fig. 2.- Fotografías de la zona de contacto de la falla de Sopelana. A) Geometrías de tipo d en un bloque de yeso, con desarrollo de colas alrededor. B)
Bloque de ofitas con desarrollo de fracturas de tensión y con colas asimétricas en las evaporitas de alrededor. C) Aspecto general de las estructuras
desarrolladas en la zona de contacto entre las evaporitas y las margas, calizas y margocalizas situadas hacia el SO. D) Detalle del contacto. E) “Seudoestructuras C-S” desarrolladas en los materiales del Cretácico superior del bloque de techo.
Fig. 2.- Detailed structures in the contact of the Sopelana Fault. A) Sigmoidal pattern and asymmetric strain shadows around a δ-type block of
gypsum. B) Ophite block showing tensional fractures and asymmetric pressure shadows developed in the evaporite rocks. C) General view of
developed structures in the contact zone between evaporites and limestones, marls and marly-limestones to the SW. D) Detailed view of the contact
zone. E) S-C pseudo-structures developed on the Upper Cretaceous materials in the hanging-wall.
En todo el corte son notorios los criterios cinemáticos, tanto en las evaporitas
(Fig. 2A y B) como en las calizas, margas
y margocalizas (Fig. 2C, D y E). Se observan “seudo-estructuras C-S”, formadas
entre los planos de fractura y la estratificación (Fig. 2E), formas sigmoides (Fig. 2C
y D), geometrías de enrollamiento similares a las que se desarrollan en porfiroclastos
de tipo δ (Fig. 2A), formación de colas alrededor de bloques de yeso y de ofitas (Fig.
2A y B), entre otros, cuyas geometrías indican un movimiento del bloque de techo hacia el NE, coincidente con la vergencia de
los pliegues y cabalgamientos que hemos
observado en esta región. El cortejo de estructuras originadas en las evaporitas implican una deformación en condiciones
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dúctiles para estos materiales, en contraste
con los materiales de edad Cretácico superior y Terciario, adyacentes. Los criterios
cinemáticos obtenidos confirman el movimiento hacia el NE de todas las estructuras
descritas y asociadas al contacto principal,
tanto en las evaporitas como en las calizas,
margas y margocalizas.
Discusión y conclusiones
En las últimas décadas se ha avanzado de manera significativa en el conocimiento del subsuelo de la Cuenca VascoCantábrica desde el punto de vista
sísmico, si bien este avance no ha ido
acompañado de los estudios de geología
estructural de superficie que son necesa-
rios para efectuar una correcta interpretación de muchos de los datos obtenidos.
Desde ese punto de vista, es crucial identificar la posición de las fallas
sinsedimentarias principales que aún se
pueden reconocer despues del proceso de
inversión tectónica sufrido por la cuenca.
La falla de Sopelana actuó como una falla
normal sinsedimentaria, con buzamiento
hacia el suroeste en la posición actual
cartográfica, que contribuyó al desarrollo
de un importante surco en su bloque de
techo, durante el Terciario. Aunque probablemente fuera una falla activa desde
el Cretácico inferior, no tenemos pruebas
concluyentes que confirmen este hecho
con los datos actuales, ya que no afloran
materiales más antiguos que el Cretácico
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superior en ambos bloques.
La componente normal de la falla de
Sopelana no ha sido totalmente superada
en el proceso de inversión, ya que actualmente sigue presentando los materiales
más jóvenes en el bloque de techo, donde
se conservan los afloramientos de Terciario del Sinclinorio de Vizcaya (hacia el
SO, véase la Fig. 1A).
En el proceso de inversion tectónica
de la Cuenca Vasco-Cantábrica, la imposibilidad de superación de esta falla
normal, que además se encuentra
jalonada por evaporitas, añadido al
efecto de contrafuerte producido por la
falla, evidenciado por el desarrollo de
una foliación penetrativa en los materiales del bloque de techo, probablemente ha favorecido el desarrollo de la
intensa fracturación horizontal observable en los 70 metros del borde SO
cercanos al contacto de la falla. Los criterios cinemáticos indican un movimiento del bloque de techo hacia el NE,
tanto en las evaporitas con respecto a
las margas del muro de la zona de cizalla, como de las margas, calizas y
margocalizas sobre las evaporitas en el
bloque de techo. El proceso compresivo
de inversion tectónica, produce la expulsión de las rocas evaporíticas contra
la falla de Sopelana, lo que explica la
intensa deformación dúctil que presentan, en condiciones de cizalla simple y
coincidente con la cinématica de las rocas competentes.
El significado estructural del contacto estudiado es similar al cabalgamiento de Azpeitia (Cuevas et al.,
1999), descrito 70 km al SE de la playa
de Sopelana, en el cual se encuentra
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L. Rodríguez et al.
implicado en el proceso de inversion
tectónica, además de las evaporitas del
Trías, el Paleozoico subyacente.
Agradecimientos
Este trabajo ha sido financiado por los
proyectos de investigación CGL 2007600030/BTE (Ministerio de Educación y
Ciencia) y “Grupos de Investigación del
Sistema Universitario Vasco” IT-270-07.
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